Грунты с неустойчивыми структурными связями. (Тема 4)

1.

Тема № 4: Грунты с неустойчивыми структурными
связями
К таким грунтам относят грунты, которым
свойственна способность к резкому снижению
прочности структурных связей между
частицами при некоторых обычных для
строительства и эксплуатации сооружений
воздействиях:
•при нагревании до положительной
температуры;
•при увлажнении;
•при быстром нагружении;
•при вибрационном воздействии.
1

2.

Структурные связи в этих грунтах обусловлены легко
поддающимися разрушению факторами.
К структурно – неустойчивым грунтам относятся:
• Мерзлые;
• Вечномерзлые;
• Лессовые;
• Набухающие;
• Слабые водонасыщенные глинистые грунты;
• Засоленные;
• Насыпные;
• Торфы и заторфованные грунты.
2

3.

Мерзлые и вечномерзлые грунты
Грунты всех видов относятся к мерзлым, если они
имеют отрицательную температуру и содержат в
своем составе лед.
Грунты называются вечномерзлыми, если в
условиях природного залегания они находятся в
мерзлом состоянии непрерывно (без оттаивания) в
течение 3 и более лет.
Мерзлые и вечномерзлые грунты при
отрицательной температуре являются очень прочными
и малодеформируемыми из-за сцементирования их
льдом.
При оттаивание порового льда структурные связи
лавинно разрушаются и возникают значительные
деформации. Некоторые грунты при этом могут
переходить в разжиженное состояние.
3

4.

Деятельный слой грунта – попеременно
замерзающий и оттаивающий слой. (Зимой промерзает,
летом оттаивает. Ниже залегает талый грунт).
Схема расположения слоев грунта
1 — деятельный слой;
2 — талый грунт;
3 — слой сезонного оттаивания;
4 — вечномерзлый грунт;
5 — слой сезонного промерзания.
4

5.

Деятельный слой, залегающий на вечномерзлом
грунте называется:
• Слоем сезонного оттаивания, если он зимой сливается
с вечномерзлым грунтом;
• Слоем сезонного промерзания, если между ним и
кровлей вечной мерзлоты находится слой талого
грунта.
а) – Европейская часть России, кроме Кольского
полуострова, Западная Сибирь, Средняя Азия.
б) и в) – Северная и Восточная Сибирь.
5

6.

Различают текстуру мерзлых грунтов:
• Массивная (слитная), когда лед содержится только в
порах грунта (крупнообломочные, песчаные и
маловлажные глинистые);
• Слоистая, когда лед содержится в грунте в виде
удлиненных включений (шлиров), ориентированных
примерно в одном направлении (глины, промерзающие
при подтоке воды);
• Сетчатая (ячеистая), когда шлиры и прослои льда
образуют сложную сеть (сильно обводненные глинистые
и скальные грунты).
• Корковая, когда лед образует корки и линзы вокруг
частиц грунта (рыхлые, крупнооболочные грунты)
6

7.

При промерзании глинистых грунтов связная вода не
замерзает даже при значительных отрицательных
температурах.
Физические характеристики грунтов рассмотрены в
СНиП 2.02.04-88 «Основания и фундаменты на
вечномерзлых грунтах»
Главной особенностью мерзлых грунтов является их
просадочность при оттаивании – т. е. резкое уменьшение
объема грунта при таянии льда и отжатии воды, что
может приводить к чрезмерным деформациям
построенных на этих грунтах сооружений.
7

8.

При оттаивании мерзлых грунтов возникают
быстропротекающие осадки оттаивания – просадки.
Относительная просадка:
th
h f hth
hf
8

9.

Морозное пучение f f - абсолютное значение
поднятия поверхности промерзающего слоя грунта
толщиной
d f Коэффициент морозного пучения:
f
ff
df
Оттаивание грунтов сопровождается разрушением
льдоцементационных связей. При этом резко
уменьшаются удельное сцепление с (иногда доходит до
0), угол внутреннего трения ϕ и сопротивление сдвигу τ.
Уплотнение грунта после оттаивания под действием
собственного веса и восстановление структурных связей
приводит к увеличению сопротивления сдвигу.
9

10.

Лессовые грунты
Распространение: Украина, Крым, Северный Кавказ,
Поволжье, Белоруссия, часть Средней Азии и Западной Сибири.
На 80-90% состоит из кварца, полевого шпата и растворимых
минералов. Около 60% частиц – пылеватые, остальные –
глинистые, малая часть – пески.
Представляет собой маловлажную слабосцементированную
горную породу, пыльную в сухом состоянии. По Ip относится к
пылеватым супесям и суглинкам.
Для лессов характерно наличие различимых
невооруженным глазом пор, которые представляют собой
вертикальные трубочки с d до 1 мм. Размер пор значительно
превышает размер частиц, поэтому лессовые грунты относят к
макропористым.
При природной влажности лессы обладают заметной
прочностью, держат вертикальный откос до 10 м. Увлажнение
лессов сопровождается резкой потерей прочности грунтов,
значительными и быстро развивающимися деформациями
уплотнения – просадками, поэтому лессовые грунты
называются просадочными. Величина просадки может
достигать нескольких десятков сантиметров.
10

11.

11

12.

Набухающие грунты
Поволжье, Закавказье, Казахстан и Крым.
К набухающим относят глинистые грунты с
большим содержанием гидрофильных глинистых
минералов (монтмориллонит, каолинит,
гидрослюды) и малой влажностью в природном
состоянии
w адсорбируется
wp
Поступающая в такие грунты влага
поверхностью глинистых частиц, образуя гидратные
оболочки. Частицы при этом раздвигаются,
увеличивая объем. Таким образом набухающие
грунты отличаются набуханием при увлажнении и
усадкой при высыхании.
12

13.

13

14.

Слабые водонасыщенные глинистые грунты
К ним обычно относятся:
илы;
ленточные глины;
водонасыщенные лёссовые грунты;
Характерные особенности:
высокая пористость в природном состоянии;
насыщенность водой;
малая прочность;
большая деформируемость.
14

15.

е
15

16.

16

17.

Илы и глины характеризуются индексом
/
чувствительности:
u
IE
//
u
где
и
- предельное сопротивление сдвигу при
ненарушенной и нарушенной структуре.
Засоленные грунты
Казахстан, Средняя Азия, Азербайджан, Украина.
Представлены крупнообломочными, песчаными и
глинистыми грунтами, содер. легко – и среднерастворим.
соли (галит, сода, гипс, кальцит и др.)
Основная опасность строительства на засоленных
грунтах связана с выносом солей фильтрующими водами
(химическая суффозия), разрушением текстуры грунта и
развитием вследствие этого неравномерных просадок.
17

18.

Насыпные грунты
К насыпным относятся грунты природного происхождения с
нарушенной естественной структурой, а также минеральные отходы
промышленного производства, твердые бытовые отходы,
образовавшиеся их отсыпкой или гидронамывом.
В этих грунтах постепенно происходят различные физические,
физико-химические, биологические и другие процессы,
приводящие к их упрочнению, с одной стороны, и к распаду,
разложению, т. е. разупрочнению, с другой стороны.
Характеристики (прочностные и др.) со временем в таких
грунтах будут изменяться.
Торф и заторфованные грунты
Торфом называют органические отложения, не менее чем на
50% сухой массы состоящие из остатков растительности.
Органоминеральные образования — песчаные, пылеватые и
глинистые, содержащие торф в количестве от 10 до 50% массы
сухого вещества, называют заторфованными грунтами.
Беларусия, Прибалтика, Север, Западная Сибирь.
Торфы относятся к наиболее сжимаемым грунтам, дают
значительные осадки, которые затухают очень медленно. Крайне
неблагоприятны в качестве оснований сооружений.
18